本文關鍵詞：基于反步積分的齒輪傳動穩(wěn)定平臺補償控制技術研究

  更多相關文章： 齒輪傳動 齒隙 死區(qū) 李亞普諾夫函數(shù) 反步積分

【摘要】：光電穩(wěn)定平臺是一類運用在動態(tài)環(huán)境中的慣性穩(wěn)定系統(tǒng)。隨著工程應用對于空間和體積的限制日趨嚴格,光電穩(wěn)定平臺對執(zhí)行機構的需求逐步從直驅式力矩電機向微型齒輪傳動電機轉變。微型電機速度大,體積小,并且魯棒性好。但是,由于安裝誤差和長時間使用等原因,齒輪傳動系統(tǒng)不可避免出現(xiàn)磨損,導致諸如齒隙問題。齒隙問題,比如換向跳變和機械噪音,在換向或者減速情況下,對于控制效果的影響非常明顯。對于精度需求較大的系統(tǒng),無法容忍出現(xiàn)系統(tǒng)不可控的情況,所以本文主要針對齒隙期間傳動系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性的研究。論文首先介紹了非線性齒隙問題研究的背景和現(xiàn)狀,并且引出本文使用的反步積分算法的起源、發(fā)展、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。接著介紹慣性穩(wěn)定系統(tǒng)的多種模型。研究發(fā)現(xiàn),齒隙非線性存在多種模型。本文首先針對這些模型的原理進行比較分析,包括死區(qū)模型、齒隙模型和振沖模型,比較幾種模型之間的優(yōu)劣,進而說明為什么選擇死區(qū)模型作為研究目標。接著,開始介紹本文采用的反步積分控制算法的基本原理。從反步積分控制算法的穩(wěn)定性判據(jù)開始。依靠該判據(jù),逐步推導反步積分控制器的幾個控制律。完成反步積分控制器的構造之后,即可得到包括外在齒輪系統(tǒng)的整個系統(tǒng)的控制結構模型。然后,依照該模型,可以構造仿真模型。仿真模型并沒有采用傳統(tǒng)的simulink方法,而是設計函數(shù)文件。另外,仿真過程中發(fā)現(xiàn),沒有優(yōu)化的控制器得到的是發(fā)散的輸出響應曲線,即系統(tǒng)存在不穩(wěn)定因素。為了找到該不穩(wěn)定因素,需要對控制律進行幅值和相位分析。通過比較,可以發(fā)現(xiàn)在某一條控制律中,存在有極大值項。該項的產(chǎn)生與系統(tǒng)的固有參數(shù)和控制參數(shù)相關。給該項增加一個權值因子之后,可以發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)開始表現(xiàn)穩(wěn)定。對多個影響穩(wěn)定性條件的因素依次對比實驗之后,得到算法的仿真控制規(guī)律。為了驗證該控制規(guī)律,驗證過程在穩(wěn)定控制平臺下進行。通過設計控制算法,并對仿真規(guī)律進行交叉實踐,比較中可以發(fā)現(xiàn),仿真中出現(xiàn)的問題,在實驗中一一驗證,并且得到了良好的效果。最后,反思實驗中的優(yōu)缺點,做出全文總結。通過模型、仿真和實驗之后,證實了反步積分控制算法是有效性。當然,實驗中發(fā)現(xiàn)諸多可供改進之處,這些問題都為以后進一步實驗指明了方向。
【關鍵詞】：齒輪傳動 齒隙 死區(qū) 李亞普諾夫函數(shù) 反步積分
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(光電技術研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TH132.41
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章引言10-18
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 課題主要研究內容16
• 1.4 研究內容和論文結構安排16-17
• 1.5 本章小結17-18
• 第2章齒輪傳動穩(wěn)定平臺模型18-31
• 2.1 齒輪運動模型18-19
• 2.2 齒輪運動方程19-20
• 2.3 慣性穩(wěn)定平臺20-23
• 2.3.1 控制器整體結構20-22
• 2.3.2 雙閉環(huán)仿真測試22-23
• 2.4 齒隙非線性系統(tǒng)模型23-27
• 2.4.1 間隙模型23-25
• 2.4.2 死區(qū)模型25-26
• 2.4.3 振沖模型26-27
• 2.5 死區(qū)特性PI控制器27-28
• 2.6 非線性補償方法28-30
• 2.6.1 逆模型補償28-29
• 2.6.2 可微的齒隙逆模型補償29
• 2.6.3 切換控制補償29
• 2.6.4 反步積分控制29-30
• 2.7 本章小結30-31
• 第3章反步積分控制器設計31-39
• 3.1 李亞普諾夫穩(wěn)定判據(jù)31-33
• 3.1.1 穩(wěn)定狀態(tài)31-32
• 3.1.2 穩(wěn)定判斷法32-33
• 3.2 反步積分控制算法33-35
• 3.2.1 基本模型33-34
• 3.2.2 虛擬控制量34-35
• 3.3 構造控制器35-37
• 3.3.1 一階子系統(tǒng)控制律35-36
• 3.3.2 二階子系統(tǒng)控制律36
• 3.3.3 三階子系統(tǒng)控制律36-37
• 3.4 控制系統(tǒng)框架37-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第4章算法仿真與分析39-47
• 4.1 微分設計方法39-40
• 4.1.1 歐拉方法39-40
• 4.1.2 龍格庫塔方法40
• 4.2 仿真測試40-45
• 4.2.1 參數(shù)41
• 4.2.2 原始波形曲線41-43
• 4.2.3 穩(wěn)定仿真結果43-44
• 4.2.4 固有參數(shù)影響44
• 4.2.5 齒隙大小影響44-45
• 4.3 仿真測試結論45-46
• 4.4 本章小結46-47
• 第5章實驗驗證與優(yōu)化47-56
• 5.1 實驗平臺47-51
• 5.1.1 平臺結構47-49
• 5.1.2 設備使用參數(shù)49-51
• 5.2 軟件設計結構51-52
• 5.2.1 工程數(shù)據(jù)流程圖51-52
• 5.2.2 BacksteppingControl()函數(shù)52
• 5.2.3 UpdateValue()函數(shù)52
• 5.3 實驗測試52-55
• 5.3.1 正弦輸入52-53
• 5.3.2 反向運行53-54
• 5.3.3 改變控制參數(shù)54-55
• 5.4 實驗反步積分規(guī)律55
• 5.5 本章小結55-56
• 第6章工作總結與展望56-58
• 6.1 工作總結56
• 6.2 工作創(chuàng)新之處56-57
• 6.3 工作展望57-58
• 參考文獻58-62
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果62-63

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